张首晟：科学家的探险与浪漫

钱炜

提名理由

2014年，张首晟被全球科学界公认为最有实力获得本年度诺贝尔物理学奖的科学家之一。尽管诺奖的获得具有很多不确定因素，但张首晟在拓扑绝缘体领域的突破是物理学界公认的重大成就，而且这一理论上的进步有望应用于信息技术中，彻底改变人类的日常生活。正因为如此，美国富兰克林奖委员会决定将本年度富兰克林物理奖授予张首晟，奖励他在拓扑绝缘体研究领域的开创性贡献。

2014年9月底，《中国新闻周刊》记者收到华裔物理学家张首晟发自美国斯坦福大学的电子邮件，他在邮件中简单而平和地说：“如果是那样，我很愿意接受你的采访。”

此时正临近诺贝尔奖宣布的日子，张首晟被视为诺贝尔物理学奖获得者的大热门。为此，记者唯恐这名物理学家像当年的作家莫言那样，一夜之间名扬天下就不再仅仅属于“科学圈儿”了，于是提前与他进行了采访的“预热”。张首晟在邮件中所说的“那样”，就是获得诺奖这个愿望。

然而，张首晟在2014年里没有成为大众明星。尽管如此，有人说，他获得诺贝尔物理学奖只是个时间问题。对此，他回答说，“我认为诺贝尔奖是可遇而不可求的。对于一名科学家来说，新发现降临的那一刻才是最大的奖励。”

烧烤时产生的灵感

2014年11月3日，美国富兰克林学会宣布授予张首晟本杰明·富兰克林奖，以奖励他在拓扑绝缘体领域的突破。可是，这个有几分“小众”的科学奖项似乎不足以让普通人认识张首晟。而实际上，从富兰克林奖章设立以来，有许多科学巨匠曾荣获此奖，其中包括家喻户晓的爱因斯坦、居里夫人、爱迪生等。而张首晟则是继杨振宁之后第二位获此殊荣的华裔科学家。

在获得富兰克林奖之前，张首晟已经获得过物理学界的众多荣誉，包括欧洲物理奖、奥利弗·巴克利奖、狄拉克奖以及物理前沿奖等国际顶级奖项。然而，富兰克林奖于他而言似乎更有意义。

“我感到十分荣幸和激动，不单单是因为这是我所获奖项里面历史最悠久的一个。也因为这是我首次和偶像爱因斯坦获得的共同奖项。”在得到获奖的消息后他表示，“本杰明·富兰克林是我心目中的伟大英雄，他是一位非常伟大的科学家、发明家、商人、慈善家和政治家，也是美国的开国元勋之一。我渴望以他为榜样，除了科学本身以外，还能够更多为社会做出贡献。所以，获得此奖对我来说意义非凡。”

凝聚态物理、拓扑绝缘体，张首晟的研究领域令普通人听起来高深莫测。有一次，他和地产大亨潘石屹一起做一个电视访谈节目——这个节目专门以这种混搭的方式来邀请访谈嘉宾。

面对一脸迷茫的“潘总”，张首晟解释说：在常规半导体中，电子受随机散射的影响而损失能量。这就好像虽然你有一辆名车，但是它却运行在拥挤的集市上，发挥不出名车的效果来。而在拓扑绝缘体中，电子就像运行在高速公路上的汽车，相反方向的运动在空间上是分离的，只要电子在拓扑绝缘体线路内运动就不会有电阻，与普通材料连接的时候才会有一些电阻。

名车、集市，这样通俗的比喻让潘石屹连连点头。紧接着，张首晟又解释了这种新材料的应用前景：很多国家已经在大力对拓扑绝缘体进行投资了。拓扑绝缘体能够用来制造消耗能量很少的半导体芯片，这也意味着将来手机能够待机更长时间。

熟悉美国喜剧《生活大爆炸》的人都记得，剧中那个天才谢尔顿就是理论物理学家，他在其中一集还特别用拓扑绝缘体的知识来炫耀自己的无所不知。在文艺作品中，科学家往往都被描写成不懂生活的“呆子”，而张首晟则不是那样，他有丰富的个人爱好和自己的朋友圈。据他介绍，拓扑绝缘体理论的材料实现方案，就是在一次与朋友的烧烤聚会上提出来的。

那是2006年的7月26日，因为研究进入瓶颈期，张首晟被困扰了很久。在那一天的烧烤聚会上，张首晟为朋友烤着肉，听着大家闲聊，“有那么一刹那，完全不相干的线索完全串联了起来”——至此，拓扑绝缘体这一将在信息学中得到重要应用的科学预言，有了转为技术应用的可能。

图/受访者提供

物理之美及其他

对于选择物理学作为自己终生的事业，张首晟表示，这主要是好奇心和对美的追求使然。“物理学是所有自然科学中最基本的学科，我们试图把物质分割成最小的单元，再从中了解万物是如何从这些最基本单元构建而成的。”

在他看来，“物理学非常优美，是描绘自然的诗篇。在诗歌中，我们试图用简单的语言抒发复杂的情感，在物理学中，像E=MC2这样的方程式就可以描绘从极小尺度的原子到极大尺度的宇宙，这真是美极了！”他说，他痴迷于物理学，就是因为能够用简单、普适、美丽的方式来描绘大自然的规律。

“中国现在正在从生产大国成为一个发明、发现的大国，这需要更多的年轻人对科学有浓厚的兴趣和钻研的勇气。”如今，张首晟不仅仅在美国斯坦福大学任教和进行科研。作为“千人计划”的科学家及中国清华大学的教授，他和许多海外高端人才一样，每年往返于中美两地进行教学和科研合作。

“值得注意的是，现在越来越多的华人选择回到中国工作。其中有很多年轻人，就是在美国读完博士学位，有一两年在国外做研究的经验之后，回到中国做科研或者任教，我觉得中国的未来就是靠这些年轻人”。

除了在清华与中国年轻的科学家紧密合作，张首晟在斯坦福也有很多中国学生，他说，“从他们身上，我看到了中国科学界未来的希望”。

张首晟认为，对年轻人来说，培养对科学追求的热情才是最为可贵的。这也是他在忙于自己研究的同时，还坚持教授本科生的原因所在。无论是在美国，还是在中国，张首晟接触到很多优秀的中国学生，他认为这些年轻人有很好的基础和很强的学习能力。

张首晟在中国接受了基础教育，而后又赴德国和美国深造，因而在中国与西方教育的对比方面很有体会。他坦言，中国学生的基础教育扎实，但在研究生阶段创意还比较缺乏。他认为，中国的高等教育还处于从“苏联式”向“美国式”过渡当中。

在清华大学的教学，张首晟并没有安排专业课，而是讲他自己设计的《科学创新》课程，“因为在清华以及中国顶尖高校，更重要的是点燃学生对科学的兴趣”。除此之外，张首晟认为科学也需要人类观，科学的方向也非常重要，“所以我也会选择一些题目讲解，让大家在科学的路口选择时有一些方向”。

生于“书香门第”的张首晟喜欢艺术、文学，在其任教的斯坦福大学附近，有罗丹雕塑的艺术馆，张首晟在研究没有思路的时候，就会散步到罗丹的雕塑前。他最喜欢的是《思想者》，他说看着那专注沉思雕塑，会给他很大动力。

在北京授课、做研究的间隙，他经常去国家大剧院看话剧、听歌剧。他笑称自己是个“很会生活的人”，张首晟觉得这些个人爱好与科学都是相通的。

在获得富兰克林奖之后，张首晟又翻出了富兰克林的传记，而他同时在读的另一本书是德国文学巨匠歌德的《浮士德》，“在德国留学的经历让我养成了闲时阅读德国诗歌的习惯”。

在授权“赛先生”（由科学家饶毅、鲁白和谢宇三人发起的一个旨在“与科学同行”的微信平台）发表的获奖感言中，张首晟表示：先贤们给富兰克林奖创造的灿烂与辉煌不敢直视，只求奖章能使富兰克林的精神在我求知路上时时相伴。科学的人生充满着探险的浪漫，科学家的社会使命远远超越科学本身。不求生命无尽，只求一生的贡献，能作为点点滴滴汇入人类文明的长河。

张首晟

美籍华裔物理学家，美国斯坦福大学教授、清华大学高等研究院教授、中国科学院外籍院士。因在“量子自旋霍尔效应”理论预言和实验观测领域的开创性贡献，张首晟与4位欧美科学家共同荣获2010年“欧洲物理奖”，其后，他又获得物理学领域众多的世界性奖项，包括2014年11月3日获得富兰克林物理奖。